KR20060057911A - 다이폴 안테나를 이용한 편파 다이버시티 기능을 가지는무선통신 단말기 - Google Patents

다이폴 안테나를 이용한 편파 다이버시티 기능을 가지는무선통신 단말기 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 다이폴 안테나를 이용한 편파 다이버시티 기능을 가지는 무선통신 단말기에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 수직편파 신호를 수신하기 위한 수직편파 안테나(주안테나)와 별도로 단말기 내부 인쇄회로기판(PCB) 상에 수평편파 신호를 수신하기 위한 수평편파 안테나(부안테나)를 다이폴 구조로 구현함으로써, 서로 다른 위상의 신호(수직편파 신호, 수평편파 신호)를 동시에 수신하여 단말기의 송수신 특성을 극대화시키며 단말기의 소형, 경량화를 가능하도록 한, 다이폴 안테나를 이용한 편파 다이버시티 기능을 가지는 무선통신 단말기를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 다이폴 안테나를 이용한 편파 다이버시티 기능을 가지는 무선통신 단말기에 있어서, 수신 신호 중 수직편파 신호를 수신하기 위한 제 1 안테나(수직편파 안테나); 수신 신호 중 수평편파 신호를 수신하기 위한 다이폴 구조의 제 2 안테나(수평편파 안테나); 상기 제 1 안테나와 상기 제 2 안테나를 통해 수신되는 수직편파 신호와 수평편파 신호를 각각 증폭 및 주파수 변환 과정을 거쳐 신호처리하여 출력하기 위한 신호처리수단; 상기 신호처리수단으로부터 전달받은 수직편파 신호와 수평편파 신호의 레벨을 각각 검출하기 위한 레벨 검출수단; 및 상기 레벨 검출수단에서 검출한 신호의 레벨을 이용하여 수직편파 신호와 수평편파 신호 중 신호대 잡음비가 큰 수신 신호를 선택하고, 그를 이용하여 통신을 하도록 제어하기 위한 주처리수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 무선통신 단말기 등에 이용됨.
수직편파, 수평편파, 수직편파 안테나, 수평편파 안테나, 다이폴 안테나, 편파 다이버시티, 무선통신 단말기

Description

다이폴 안테나를 이용한 편파 다이버시티 기능을 가지는 무선통신 단말기{Wireless communication terminal having polarization diversity using dipole antenna}
도 1은 종래의 무선통신 단말기에서의 편파 다이버시티 방법을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 무선통신 단말기에서 다이폴 안테나를 이용한 편파 다이버시티 방법을 설명하기 위한 일실시예 도면,
도 3은 모노폴 안테나와 다이폴 안테나의 방사패턴을 비교 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 다이폴 안테나를 이용한 편파 다이버시티 기능을 가지는 무선통신 단말기에 대한 일실시예 구성도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
41 : 제 1 안테나(수직편파 안테나) 42 : 제 2 안테나(수평편파 안테나)
43 : 신호처리부 44 : 레벨 검출부
45 : 주처리부 431 : 제 1 저잡음 증폭기
432 : 제 1 믹서 433 : 제 2 저잡음 증폭기
434 : 제 2 믹서 435 : 국부 발진기
451 : 스위치
본 발명은 다이폴 안테나를 이용한 편파 다이버시티 기능을 가지는 무선통신 단말기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수직편파 신호를 수신하기 위한 수직편파 안테나(주안테나)와 별도로 단말기 내부 인쇄회로기판(PCB) 상에 수평편파 신호를 수신하기 위한 수평편파 안테나(부안테나)를 다이폴 구조로 구현함으로써, 서로 다른 위상의 신호(수직편파 신호, 수평편파 신호)를 동시에 수신하여 단말기의 송수신 특성을 극대화시키며 단말기의 소형, 경량화를 가능하도록 한, 다이폴 안테나를 이용한 편파 다이버시티 기능을 가지는 무선통신 단말기에 관한 것이다.
본 발명에서 무선통신 단말기란, 이동통신 단말기, 개인 휴대통신 단말기(PCS), 개인용 디지털 단말기(PDA), 차세대 무선통신 단말기(IMT-2000), 무선랜 단말기, 스마트폰 등과 같은 개인이 휴대하면서 무선통신이 가능한 단말기를 말한다.
무선통신 환경에서는 무선 경로상의 건물이나 지형 등에 의한 반사파 때문에 다중 경로 현상이 생겨 수신 신호의 진폭이 변하는 페이딩 현상이 나타나게 된다.
이러한 페이딩 현상에 의해서 기지국으로부터 발생되는 신호 전력의 크기가 무선통신 단말기의 열잡음 크기까지 내려가는 경우가 발생하게 되는데, 이로 인하여 무선통신 단말기는 송신 신호의 전력을 만족할 만한 수준 이상으로 유지하기 어렵게 되는 문제점이 발생한다. 또한, 페이딩 현상이 발생하면 신호의 위상도 불규칙하게 변하기 때문에 마치 불규칙한 위상변조를 한 것과 같은 현상이 발생하여 무선통신 단말기의 전송 특성에 심각한 영향을 미치게 된다.
이를 해결하기 위하여 종래에는 수직편파 신호와 수평편파 신호를 무선통신 단말기에서 따로 수신하여 페이딩의 영향을 줄일 수 있는 편파 다이버시티 방법을 사용하였다.
이러한 종래의 무선통신 단말기에서 편파 다이버시티 기능을 구현하기 위한다이버시티 장치는 도체 체적이 큰 부품을 이용하여 안테나 대용으로 사용하고, 코일을 이용하여 두 도체를 연결하거나 두 도체를 분리함으로써 저주파 또는 고주파 신호를 수신하였다.
이 때, 두 개의 안테나(제 1 안테나, 제 2 안테나)를 사용하여 서로 다른 위상의 신호가 수신되도록 한다. 즉, 단말기가 이동중에 한 안테나(제 1 안테나)가 전파 골짜기에 위치하여 수신되는 신호 레벨이 극도로 약해져서 통화 불능이 되는 경우에 고속으로 그 레벨을 감지하여 다른 안테나(제 2 안테나)의 수신 신호를 선택하도록 하기 위해서 경로가 다른 두 개의 안테나를 사용한 것이다.
이렇게 함으로써, 무선통신 단말기가 전파 골짜기에 위치하는 경우에 수신되는 신호가 미약하여 통화가 단절되는 현상을 미연에 방지하고, 최적의 수신 레벨을 유지할 수 있었다.
그러나, 상기와 같은 종래의 무선통신 단말기에서의 편파 다이버시티 방법은 경로가 다른 두 개의 수신 신호를 수신하기 위해서 두 개의 안테나를 사용하고, 도체 체적이 큰 부품을 안테나로 사용함으로써, 무선통신 단말기의 디자인 설계시 제약을 주었고, 주변 회로를 많이 고려하여 안테나를 설치해야 했으므로 원하는 주파수 대역의 단말기를 설계하기가 용이하지 않은 문제점이 있었다.
따라서, 최근에는 이러한 종래의 편파 다이버시티 방법을 개선하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이, 무선통신 단말기의 인쇄회로기판 상에 모노폴로 구현된 수평편파 안테나(부안테나)를 수직편파 안테나(주안테나) 근처에 위치하도록 구현하는 방법을 사용하기도 한다.
그러나, 이 방법은 안테나 부품의 크기를 줄이고, 무선통신 단말기의 디자인 설계시 받던 제약을 없애는 효과는 있었으나, 수직편파 안테나와 수평편파 안테나 사이의 이격거리가 너무 가깝고, 수평편파 안테나가 모노폴로 구현되어 있으므로 실제적으로 다이버시티의 효과가 크지 않다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 수직편파 신호를 수신하기 위한 수직편파 안테나(주안테나)와 별도로 단말기 내부 인쇄회로기판(PCB) 상에 수평편파 신호를 수신하기 위한 수평편파 안테나(부안테나)를 다이폴 구조로 구현함으로써, 서로 다른 위상의 신호(수직편파 신호, 수평편파 신호)를 동시에 수신하여 단말기의 송수신 특성을 극대화시키며 단말기의 소형, 경량화를 가 능하도록 한, 다이폴 안테나를 이용한 편파 다이버시티 기능을 가지는 무선통신 단말기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 다이폴 안테나를 이용한 편파 다이버시티 기능을 가지는 무선통신 단말기에 있어서, 수신 신호 중 수직편파 신호를 수신하기 위한 제 1 안테나(수직편파 안테나); 수신 신호 중 수평편파 신호를 수신하기 위한 다이폴 구조의 제 2 안테나(수평편파 안테나); 상기 제 1 안테나와 상기 제 2 안테나를 통해 수신되는 수직편파 신호와 수평편파 신호를 각각 증폭 및 주파수 변환 과정을 거쳐 신호처리하여 출력하기 위한 신호처리수단; 상기 신호처리수단으로부터 전달받은 수직편파 신호와 수평편파 신호의 레벨을 각각 검출하기 위한 레벨 검출수단; 및 상기 레벨 검출수단에서 검출한 신호의 레벨을 이용하여 수직편파 신호와 수평편파 신호 중 신호대 잡음비가 큰 수신 신호를 선택하고, 그를 이용하여 통신을 하도록 제어하기 위한 주처리수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 무선통신 단말기에서 다이폴 안테나를 이용한 편파 다이버시티 방법을 설명하기 위한 일실시예 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선통신 단말기는 수직편파 안테나(주안테나)와 수평편파 안테나(다이폴 안테나)를 이용하여 외부기기로부터 전달되는 서로 다른 위상의 신호(수직편파 신호와 수평편파 신호)를 동시에 수신함으로써, 항상 최적의 수신 레벨을 유지할 수 있도록 하는 것이다.
여기서, 상기 수직편파 안테나는 기지국과의 통신을 수행하는 주안테나이고, 수평편파 안테나는 무선통신 단말기 내부의 인쇄회로기판에 다이폴 구조로 구현되는 부안테나이다.
이처럼, 본 발명에서는 수평편파 안테나를 인쇄회로기판에 구현함으로써, 안테나가 추가되는 것에 대한 추가적인 비용이 발생하지 않고 셀룰러(Cellular), PCS 등의 구분없이 원하는 주파수에 맞도록 설계하는 것이 가능하다.
또한, 상기 수평편파 안테나를 다이폴 구조로 구현함으로써, 모노폴 구조로 구현한 경우보다 다이버시티 기능에 의한 효과를 증대시킬 수 있다. 이는 도 3에 나타낸 모노폴 안테나와 다이폴 안테나의 방사패턴 만을 살펴보더라도 그 특성 향상을 짐작할 수 있다.
도 3을 참조하여 모노폴 안테나와 다이폴 안테나의 특성에 대해 살펴보면 모노폴 안테나의 방사패턴이 한 방향으로만 나타나는 반면에 다이폴 안테나는 전방향으로 방사패턴이 나타난다. 따라서, 다이폴 안테나를 사용하였을 경우에 안테나의 효율과 이득을 증가시켜 다이버시티 효과를 증대시킬 수 있는 것이다.
한편, 도 2에서는 상기 수평편파 안테나가 무선통신 단말기의 상단부 가장자리에 구현된 것으로 나타내었으나 이는 일실시예에 불과할 뿐, 본 발명은 그에 한정되지 않으며 무선통신 단말기의 내부 회로 설계시 영향을 미치지 않는 범위 내에서라면 어느 위치에 구현하여도 상관없음을 밝혀둔다.
도 4는 본 발명에 따른 다이폴 안테나를 이용한 편파 다이버시티 기능을 가지는 무선통신 단말기에 대한 일실시예 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다이폴 안테나를 이용한 편파 다이버시티 기능을 가지는 무선통신 단말기는 제 1 안테나(41), 제 2 안테나(42), 신호처리부(43), 레벨 검출부(44), 주처리부(45)를 포함한다.
상기 제 1 안테나(41)는 외부기기(기지국)와의 통신을 수행하는 주안테나로서 외부로부터의 수신 신호 중 수직편파 신호를 수신하는 역할을 한다.
그리고, 상기 제 2 안테나(42)는 무선통신 단말기 내부의 인쇄회로기판(PCB) 상에 다이폴 구조로 구현되는 부안테나로서 외부로부터의 수신 신호 중 수평편파 신호를 수신하는 역할을 한다.
여기서, 상기 제 1 안테나(41)는 수직 방향으로 배치되며, 상기 제 2 안테나(42)는 상기 제 1 안테나와 일정 거리만큼 이격되어 수평 방향으로 배치된다.
한편, 상기 신호처리부(43)는 상기 제 1 안테나(41)를 통해 수신되는 수직편파 신호와 상기 제 2 안테나(42)를 통해 수신되는 수평편파 신호를 각각 증폭 및 주파수 변환 등의 과정을 거쳐 신호처리하여 출력하는 역할을 한다.
여기서, 상기 신호처리부(43)는 상기 제 1 안테나(41)를 통해 수신된 수직편파 신호를 증폭하기 위한 제 1 저잡음 증폭기(431), 상기 제 1 저잡음 증폭기(431)에서 증폭된 신호와 국부 발진기(435)에서 출력된 국부 발진 주파수 신호를 이용하여 상기 수직편파 신호의 주파수를 하향 변환하기 위한 제 1 믹서(432), 상기 제 2 안테나(42)를 통해 수신된 수평편파 신호를 증폭하기 위한 제 2 저잡음 증폭기(433), 상기 제 2 저잡음 증폭기(433)에서 증폭된 신호와 국부 발진기(435)에서 출력된 국부 발진 주파수 신호를 이용하여 상기 수평편파 신호의 주파수를 하향 변환하기 위한 제 2 믹서(434), 및 국부 발진 주파수 신호를 발진시키기 위한 국부 발진기(435)를 포함한다.
상기 레벨 검출부(44)는 상기 신호처리부(43)로부터 전달받은 상기 신호처리된 수직편파 신호와 수평편파 신호의 레벨을 각각 검출하고 검출된 신호의 각 레벨을 주처리부(44)로 전달하는 역할을 한다.
그리고, 상기 주처리부(45)는 상기 레벨 검출부(44)를 통해 전달받은 상기 신호처리된 수직편파 신호와 수평편파 신호 중 상기 레벨 검출부(44)에서 검출된 신호의 레벨을 이용하여 신호대 잡음비가 큰 수신 신호를 선택하여 통신을 하도록 제어하는 역할을 한다.
여기서, 주처리부(45)는 상기 수직편파 신호와 수평편파 신호 중 신호대 잡음비가 큰 수신 신호를 선택하는 역할을 하는 스위치(451)를 포함하며, 상기 스위치(451)는 상기 주처리부(45)가 상기 검출된 신호 레벨을 비교하여 신호대 잡음비가 큰 수신 신호를 판정하여 전달해주는 제어신호를 이용하여 동작하게 된다.
또한, 도 4에서 스위치(451)는 전술한 바와 같이 주처리부(45) 내에 구현하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않고 스위치(451)를 상기 주처리부(45) 외부에 구현하여도 무방함을 밝혀둔다.
본 발명에 따른 다이폴 안테나를 이용한 편파 다이버시티 기능을 가지는 무선통신 단말기의 전반적인 동작을 살펴보면 다음과 같다.
외부기기로부터 신호가 전달되면 제 1 안테나(수직편파 안테나)(41)와 제 2 안테나(수평편파 안테나)(42)는 서로 다른 위상의 수직편파 신호와 수평편파 신호를 수신하게 된다. 이렇게 수신된 서로 다른 위상의 신호들은 신호처리부(43)에서 각각 신호처리되어 레벨 검출부(44)로 전달되고, 그를 받은 상기 레벨 검출부(44)는 두 신호의 레벨을 각각 검출하여 주처리부(45)로 전달한다. 그러면, 상기 신호처리된 서로 다른 위상의 신호와 상기 레벨 검출부(44)에서 검출된 두 신호의 레벨을 전달받은 주처리부(46)는 상기 두 신호 중 신호대 잡음비가 우수한 신호를 선택하고 그를 이용하여 외부기기와의 통신 및 무선통신 단말기의 전반적인 동작을 수행한다.
이렇게, 본 발명의 무선통신 단말기에서는 두 개의 안테나(제 1 안테나, 제 2 안테나)를 이용하여 수직편파 신호와 수평편파 신호를 동시에 수신하여 그 중 신호대 잡음비가 우수한 신호를 이용하여 외부기기와의 통신을 수행하므로 항상 최적의 송수신 환경을 유지할 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 수신 경로가 다른 두 개의 안테나를 이용하여 서로 다른 위상의 신호를 수신하고, 그 수신 신호들의 신호 레벨을 검출하여 신호대 잡음비가 우수한 쪽의 수신 신호를 선택함으로써, 무선통신 단말기의 송수신 특성을 극대화시키며 고속 데이터 전송시 에러를 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 수평편파 안테나를 무선통신 단말기 내부의 인쇄회로기판(PCB) 상에 다이폴 구조로 구현함으로써, 모노폴 안테나 구조에 비해 효율과 이득이 증가하여 다이버시티 기능이 증대되는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 다이폴 안테나를 이용한 편파 다이버시티 기능을 가지는 무선통신 단말기에 있어서,
    수신 신호 중 수직편파 신호를 수신하기 위한 제 1 안테나(수직편파 안테나);
    수신 신호 중 수평편파 신호를 수신하기 위한 다이폴 구조의 제 2 안테나(수평편파 안테나);
    상기 제 1 안테나와 상기 제 2 안테나를 통해 수신되는 수직편파 신호와 수평편파 신호를 각각 증폭 및 주파수 변환 과정을 거쳐 신호처리하여 출력하기 위한 신호처리수단;
    상기 신호처리수단으로부터 전달받은 수직편파 신호와 수평편파 신호의 레벨을 각각 검출하기 위한 레벨 검출수단; 및
    상기 레벨 검출수단에서 검출한 신호의 레벨을 이용하여 수직편파 신호와 수평편파 신호 중 신호대 잡음비가 큰 수신 신호를 선택하고, 그를 이용하여 통신을 하도록 제어하기 위한 주처리수단
    을 포함하는 다이폴 안테나를 이용한 편파 다이버시티 기능을 가지는 무선통신 단말기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 안테나는 수직 방향으로, 상기 제 2 안테나는 수평 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 다이폴 안테나를 이용한 편파 다이버시티 기능을 가지는 무선통신 단말기.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 안테나는,
    상기 제 1 안테나와 일정 거리만큼 이격되어 상기 무선통신 단말기 내부의 인쇄회로기판(PCB) 상에 구현되는 것을 특징으로 하는 다이폴 안테나를 이용한 편파 다이버시티 기능을 가지는 무선통신 단말기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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